乐后圣：从文化冷战思维中的美国天文望远镜热仰望人类太空文明探索（四）

　　乐后圣  2011-11-17　乐后圣博客

　　四、天文望远镜给人类未来文明带来的发展希望

　　1608年荷兰人约翰·李伯海发明了折射望远镜。1609年伽利略制成了一架口径4.4厘米，焦距为120厘米的天文望远镜。伽利略用这架放大率为32倍的望远镜发现了木星的4颗大卫星、月亮上的环形山、金星的盈亏现象等。1616年茹切亚斯制成了第一架反射望远镜，紧接着马尔森于1634年、格利高里于1663年、牛顿于1668年、卡塞格林予、1672年都设计或者制造了不同类型的反射望远镜。当时的反射望远镜都是用金属制成的，口径只有几厘米。18世纪后期，著名的天文学家威廉·赫歇尔磨制了数块金属面反射物镜，其中最大的口径达122厘米。赫歇尔用他自制的反射望远镜首次证实了银河系的存在。1845年，英国人罗斯制成了当时世界上口径最大的1.8米的金属面反射望远镜。由于金属面反射望远镜的固有缺点，如磨制困难、热膨胀系数大、镜面易氧化失泽，故到19世纪中叶，金属面反射望远镜开始走下坡路。

　　18世纪中叶道仑制成了第一架直径为140毫米的消色差玻璃透镜望远镜。18世纪宋，纪南生产出了合乎光学要求的火石玻璃。紧接着，夫琅和斐在物镜制造的理论和技术上又进行了很多研究和改进。他还在1824年制成了当时最大的、口径为244毫米的折射望远镜。1888年和1897年，克拉克父子先后制造了口径为914毫米和1 020毫米的两台大型折射望远镜。直到现在，它们仍是世界上折射望远镜的亚军和冠军，目前分属美国里克天文台和叶凯士天文台。折射望远镜要求透镜有很高的质量，内部不能有气泡、杂质，这就限制了折射望远镜的最大口径。因为大块光学玻璃的制造非常困难，并且物镜口径越大，其厚度必然相应增加；厚度越大，对光的吸收作用就越严重，从而全部或部分抵消了大口径聚光的优点。另外物镜太大，其自重（数吨）会使镜筒变形，影响成像质量。再者，镜筒和支架的温差变形也制约了折射望远镜口径的增加。因此，20世纪以来，没有人尝试做更大的折射望远镜。

　　19世纪中叶开始用玻璃磨制反射物镜，镜面上镀银。但由于镀银面容易失泽，且紫外区反射本领又小，故现在均采用真空镀铝技术来解决上述两个问题。1917年，海尔造出了一架口径为2.5米的反射望远镜，并以投资者胡克的名字命名。在此后30年中，胡克望远镜一直是镜中之王，它为恒星、星系的研究建立了卓越功勋。胡克望远镜现在仍在美国威尔逊山天文台。后来，海尔又着手制造口径为5米的大型反射望远镜，直到1949年海尔逝世后十多年才正式建成，它被命名为海尔望远镜，现位于美国帕洛玛山天文台。海尔望远镜镜面重5吨，望远镜的可转动部分重达几百吨。前苏联于1970年制成了口径为6米的反射望远镜，它位于高加索的帕斯图霍夫山上。由于它属于冷战时期的产物，做工粗糙，其性能远不及口径5米的海尔望远镜。近几十年来，由于天文学的迅猛发展，许多天文学的前沿课题，如类星体的光学认证及光谱分析，遥远星系的红移，脉冲星、恒星的行星系统及对河外星系中单颗恒星的研究，都需要更大口径的望远镜来提高分辨本领。海尔望远镜在当时的造价是3千万美元，费时10年。如果现在做一架口径为25米的单镜面望远镜，需投资约50亿美元，费时数十年。怎样才能又快又省地制造出比5米口径大得多的望远镜呢？1971年美国开始研制第一台多镜面望远镜，1979年投入观测，现位于霍普金斯天文台。该望远镜由6个同为1.8米的卡塞格林望远镜组成，6个望远镜绕中心轴排成六角形，6束会聚光经合成后聚在同一个焦点上，组合后的口径相当于4.5米。

　　1979年计划制造口径为25米的望远镜，主要的方案有：①望远镜阵列，如由108台口径2.4米，或16台口径6米，或6台口径10米的独立望远镜及其圆顶综合而成。②可操纵镜盘，即在直径25米的抛物面镜盘上用1 032块偏轴抛物面镜排列成16个同心圆环。此计划至今仍未完成。1995年，由日本国立天文台研制的当时世界上最大单体直径的反射望远镜在大阪完成组装工作。这台名为“昴宿星团”( Subaru)的大型天文望远镜口径达8.2米，主体部分高22米，重550吨。主镜的方位调整采用计算机自动控制。Sabaru望远镜安装在夏威夷的莫纳克亚山海拔4 200米的山顶上，已于1999年1月投入使用。这个计划历时9年才得以完成。它的主要配套设备包括：红外照相机和光谱仪，自适应光学成像仪，中红外照相机及分光计，暗弱天体照相机和光谱仪，主焦点照相机，高分辨光谱仪和抗大气干扰的微光摄谱仪等。从理论上说，它的建成将使人类观测宇宙的能力比原先提高数十倍。当然，这些观测设备需经过长时期的调整才能正常工作。其他主要的大型望远镜还有：(1)凯克望远镜。凯克望远镜由2台组成，分别为凯克I和凯克Ⅱ，建在夏威夷的莫纳克亚山，每台凯克望远镜由36块直径1.8米、厚10厘米的反射镜组合而成，有效口径为10米，焦距为17.5米，镜面为双曲面，如图1-9所示，1992年建成。(2)欧洲南方天文台16.2米望远镜。它由8个欧洲国家共同研制，由4台口径为8.2米的大型望远镜和3台小型望远镜组成，各台望远镜可以独立观测．，也可组合起来形成一个有效口径为16.2米的望远镜。

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